CS246527B1

CS246527B1 - Wiring for resistance measurement and interconnection on PCBs

Info

Publication number: CS246527B1
Application number: CS845065A
Authority: CS
Inventors: Pavel Mattausch; Karel Uhlir; Rene Kolliner
Original assignee: Pavel Mattausch; Karel Uhlir; Rene Kolliner
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS506584A1

Abstract

Zapojení se týká oboru měřicí techniky; řeší problém testování osazených desek plošných spojů při výrobě elektronických zařízení. Podstatou je zapojení umožňující měřit rozdíly proudu při obou polaritách napětí, udržovaného na konstantní velikosti a přiloženého prostřednictvím polovodičové čtyřvodičové spínací matice na měřenou impedanci. Měření při dvou polaritách odstraňuje aditivní systematické chyby měření a potlačuje nízkofrekvenční rušení. Zapojení může být použito v měřicí a testovací technice, zejména u automatických testerů pro desky plošných spojů.The connection relates to the field of measurement technology; it solves the problem of testing assembled printed circuit boards in the production of electronic devices. The essence is a connection that allows measuring current differences at both polarities of a voltage, maintained at a constant magnitude and applied via a semiconductor four-wire switching matrix to the measured impedance. Measurement at two polarities eliminates additive systematic measurement errors and suppresses low-frequency interference. The connection can be used in measurement and testing technology, especially in automatic testers for printed circuit boards.

Description

Zapojení se týká oboru měřicí techniky; řeší problém testování osazených desek plošných spojů při výrobě elektronických zařízení. Podstatou je zapojení umožňující měřit rozdíly proudu při obou polaritách napětí, udržovaného na konstantní velikosti a přiloženého prostřednictvím polovodičové čtyřvodičové spínací matice na měřenou impedanci. Měření při dvou polaritách odstraňuje aditivní systematické chyby měření a potlačuje nízkofrekvenční rušení.The involvement concerns the field of measuring technology; solves the problem of testing printed circuit boards in the production of electronic devices. The essence is the wiring allowing to measure current differences at both polarities of voltage, kept constant and applied to the measured impedance by means of a semiconductor four-wire switching matrix. Two polarity measurement eliminates additive systematic measurement errors and suppresses low-frequency interference.

Zapojení může být použito v měřicí a testovací technice, zejména u automatických testerů pro desky plošných spojů.The wiring can be used in measuring and testing technology, especially in automatic circuit board testers.

Vynález řeší zapojení pro měření odporů a propojovací sítě na osazených deskách plošných spojů při výrobě elektronických zařízení.The invention solves circuitry for measuring resistors and interconnection network on printed circuit boards in production of electronic devices.

Ve výrobě elektronických zařízení všeho druhu je zpravidla základním montážním celkem deska plošného spoje, která nese a zároveň definovaně propojuje jednotlivé součástky potřebné k vytvoření žádané funkce desky. Nevyhnutelnou operací výrobního procesu je nalezení a odstranění všech poruch, vzniklých buď vadami součástek, nebo výrobního procesu, například zakládání součástek, pájení. Do nedávné doby se provádělo ručně pomocí účelových přípravků a měřicího pracoviště, sestaveného z řady univerzálních přístrojů pro stimulaci a měření odezev zkoušeného obvodu. Vlastní test provádí kvalifikovaný operátor na základě předem připraveného postupu. Jde o neobyčejně zdlouhavý proces, přičemž výsledek je značně závislý na lidském faktoru: vynechání některých kroků testu může vést k selhání desky na vyšší úrovni montáže nebo až u zákazníka, což vede k ekonomickým ztrátám. Proto se zavádějí automatické testery desek. Jedním z ekonomicky velmi výhodných typů automatického testeru je inspekční tester, jehož úkolem je zjistit a lokalizovat takové závady, ke kterým ve výrobním procesu dochází nejčastěji: poškození propojovací sítě a chyby v zakládání součástek.In the manufacture of electronic devices of all kinds, the basic assembly is generally a printed circuit board that carries and, at the same time, interconnects the individual components needed to create the desired board function. An inevitable operation of the manufacturing process is to locate and eliminate any defects caused by either component defects or the manufacturing process, such as component loading, soldering. Until recently, it was carried out manually by means of special purpose fixtures and a measuring station made up of a series of universal devices for stimulating and measuring the response of the circuit under test. The self-test is performed by a qualified operator based on a pre-prepared procedure. This is an extremely lengthy process, and the result is highly dependent on the human factor: omitting some test steps can lead to board failure at a higher assembly level or at the customer, leading to economic losses. Therefore, automatic plate testers are introduced. One of the most economically advantageous types of automatic tester is the inspection tester, whose task is to identify and locate such faults that occur most often in the production process: damage to the interconnection network and errors in the placement of components.

Pro test propojovací sítě a odporů osazené desky nelze použít metody známé z testování neosazených desek, podle AO 207 541, protože přítomnost polovodičových součástek zabraňuje použití vyššího napětí než 200 mV z důvodů otevírání nebo dokonce proražení polovodičových přechodů. Pro test propojovací sítě bylo vypracováno zapojení popsané v popise vynálezu k čs. autorskému osvědčení č. 241 749, které ve spolupráci s maticí adresovatelných spínačů podle čs. autorského osvědčení č. 210155 umožňuje přibližné měření odporů v propojovací síti. Při malém měřicím napětí a typicky značném fyzickém rozpětí kabeláže pro připojení testeru k měřené desce, dochází vlivem kapacitních a induktivních parazitních vazeb k rušení užitečného signálu, které znemožňuje přesnější měření odporů.The methods known from the testing of unpopulated boards according to AO 207 541 cannot be used to test the interconnection network and the resistances of the board, since the presence of semiconductor devices prevents the use of a voltage greater than 200 mV due to opening or even breaking of semiconductor transitions. In order to test the interconnection network, the circuit described in the description of the invention to the art. No. 241 749, which in cooperation with the matrix of addressable switches according to MS. No. 210155 allows approximate resistance measurement in the interconnection network. At low measuring voltages and typically a considerable physical wiring span to connect the tester to the board being measured, capacitive and inductive parasitic coupling interferes with the useful signal, making it impossible to more accurately measure resistances.

Tuto nevýhodu odstraňuje zapojení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že bipolární přesný zdroj napětí je zapojen na prvý společný vodič čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů. Druhý vstup bipolárního přesného zdroje napětí je zapojen na prvý výstup bloku řídicích obvodů. Výstup bipolárního přesného zdroje napětí je zapojen na čtvrtý, společný vodič čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů. Druhý společný vodič čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů je zapojen do prvého vstupu převodníku proud-napětí a do čtvrtého vstupu převodníku proud-napětí je zaveden druhý výstup přepínače rozsahů. Prvý výstup přepínače rozsahů je spojen s druhým vstupem převodníku proud-napětí. Třetí vstup převodníku proud-napětí je spolu s třetím vstupem přepínače rozsahů a spolu s prvým vstupem analogově číslicového převodníku připojen na výstup referenčního zdroje. Prvý vstup přepínače rozsahů je zapojen na třetí společný vodič čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů. Druhý vstup přepínače rozsahů je připojen na druhý výstup bloku řídicích obvodů a třetí výstup přepínače rozsahů je zapojen do vstupu bloku řídicích obvodů. Třetí výstup bloku řídicích obvodů je připojen na prvý vstup, řídicí, klíčovaného derivačního článku. Čtvrtý výstup bloku řídicích obvodů je zapojen na druhý vstup analogově číslicového převodníku. Výstup převodníku proud-napětí je připojen na druhý, signálový vstup klíčového derivačního článku, přičemž výstup klíčovaného derivačního článku je připojen do třetího vstupu analogově číslicového převodníku. Sběrnicový výstup analogově číslicového převodníku je zapojen do sběrnicového vstupu řídicí jednotky. Sběrnicový vstup/výstup řídicí jednotky je zapojen do sběrnicového vstupu/výstupu přepínače rozsahů. Sběrnicový výstup řídicí jednotky je zapojen na sběrnicový vstup bloku řídicích obvodů a sběrnicový vstup čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů.This disadvantage is overcome by the circuit according to the invention, which is characterized in that the bipolar precision voltage source is connected to the first common conductor of the four-wire addressable switch matrix. The second input of the bipolar precision voltage source is connected to the first output of the control circuit block. The output of the bipolar precision voltage source is connected to the fourth, common conductor of the four-wire addressable switch matrix. The second common wire of the four-wire addressable switch matrix is connected to the first input of the current-to-voltage converter and the second output of the range switch is introduced to the fourth input of the current-to-voltage converter. The first output of the range switch is connected to the second input of the current-voltage converter. The third input of the current-to-voltage converter, together with the third input of the range selector and the first input of the A / D converter, are connected to the output of the reference source. The first input of the range switch is connected to the third common wire of the four-wire addressable switch matrix. The second range switch input is connected to the second output of the control circuit block and the third range switch output is connected to the input of the control circuit block. The third output of the control circuit block is coupled to the first input of the control keyed derivative cell. The fourth output of the control circuit block is connected to the second input of the A / D converter. The output of the current-voltage converter is connected to the second, signal input of the key derivative cell, the output of the keyed derivative cell is connected to the third input of the analog-to-digital converter. The bus output of the A / D converter is connected to the bus input of the control unit. The bus input / output of the controller is connected to the bus input / output of the range selector. The bus output of the control unit is connected to the bus input of the control circuit block and the bus input of the four-wire addressable switch matrix.

Hlavní výhodou zapojení podle vynálezu je účinné potlačení rušivých signálů s nízkým kmitočtem, například síťovým a jeho harmonických. Tohoto potlačení se dosahuje jednak rozdílovým měřením v jinak stejných podmínkách, jednak klíčováním a filtrací signálu v klíčovaném derivačním článku. Účinné potlačení rušení umožňuje řádově zvýšit přesnost měření odporů v síti osazené desky plošných spojů v automatickém měřicím systému.The main advantage of the circuitry according to the invention is the effective suppression of low frequency interfering signals, such as mains and its harmonics. This suppression is achieved both by differential measurement under otherwise identical conditions, and by keying and filtering the signal in the keyed derivative cell. Effective interference suppression allows the accuracy of the resistivity measurement in a printed circuit board in an automated measuring system to be increased in the order of magnitude.

Na připojeném výkresu je uvedeno blokové schéma zapojení podle vynálezu, podle kterého je popsáno konkrétní provedení vynálezu.The attached drawing shows a block diagram according to the invention according to which a particular embodiment of the invention is described.

Bipolární přesný zdroj 1 napětí je svým prvým vstupem 19 připojen na prvý společný vodič čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů. Druhý Vstup 14 bipolárního přesného zdroje 1 napětí je zapojen na prvý vstup bloku 4 řídicích obvodů. Výstup bipolárního přesného zdroje 1 napětí je zapojen na čtvrtý, společný vodič čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů. Druhý společný vodič čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů je zapojen do prvého vstupu 29 převodníku 2 proud-napětí. Druhý výstup přepínače 3 rozsahů je zaveden do čtvrtého vstupu 24 převodníku 2 proud-napětí. Druhý vstup 22 převodníku 2 proud-napětí je spojen s prvým výstupem přepínače 3 rozsahů. Třetí vstup převodníku 2 proud-napětí je spolu se třetím vstupem přepínače 3 rozsahů a spolu s prvým vstupem analogově ěíslicového převodníku 6 připojen na výstup referenčního zdroje 7, Prvý vstup 39 přepí5The bipolar precision voltage source 1 is connected to the first common conductor of the four-wire addressable switch matrix 9 by its first input 19. The second input 14 of the bipolar precision voltage source 1 is connected to the first input of the control circuit block 4. The output of the bipolar precision voltage source 1 is connected to a fourth, common conductor of a four-wire addressable switch matrix 9. The second common conductor of the four-wire addressable switch matrix 9 is connected to the first input 29 of the current-voltage converter 2. The second output of the range switch 3 is fed to the fourth input 24 of the current-voltage converter 2. The second input 22 of the current-voltage converter 2 is connected to the first output of the range switch 3. The third input of the current-voltage converter 2, together with the third input of the range switch 3, and the first input of the analog-to-digital converter 6, are connected to the output of the reference source 7, the first input 39 switches5

248527 nače 3 rozsahů je zapojen na třetí společný vodič čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů. Druhý vstup 30 přepínače 3 rozsahů je připojen na druhý výstup bloku 4 řídicích obvodů. Třetí výstup 34 přepínače 3 rozsahů je zapojen do vstupu bloku 4 řídicích obvodů.248527 of the range 3 is connected to the third common wire of the four-wire addressable switch matrix 9. The second input 30 of the range switch 3 is connected to the second output of the control circuit block 4. The third output 34 of the range switch 3 is connected to the input of the control circuit block 4.

Třetí výstup bloku 4 řídicích obvodů je připojen na prvý vstup 51, řídicí, klíčovaného derivačního článku 5. Čtvrtý výstup bloku 4 řídicích obvodů je zapojen na druhý vstup 64 analogově číslicového převodníku 6. Výstup převodníku 2 proud-napětí je připojen na druhý, signálový vstup 5.2 klíčovaného derivačního článku 5, přičemž výstup klíčovaného derivačního článku 5 je zaveden do třetí vstupu 65 analogově číslicového převodníku 6. Sběrnicový výstup analogově číslicového převodníku 6 je zapojen do sběrnicového vstupu řídicí jednotkyThe third output of the control circuit block 4 is connected to the first input 51 of the control keyed derivation cell 5. The fourth output of the control circuit block 4 is connected to the second input 64 of the A / D converter 6. The output of the current-voltage converter 2 is connected to the second signal input. 5.2 of the keyed derivative cell 5, wherein the output of the keyed derivative cell 5 is input to the third input 65 of the A / D converter 6. The bus output of the A / D converter 6 is connected to the bus input of the control unit.

8. Sběrnicový vstup/výstup řídicí jednotky je zapojen do sběrnicového vstupu/výstupu přepínače 3 rozsahů, zatímco sběrnicový výstup řídicí jednotky 8 je zapojen na sběrnicový vstup bloku 4 řídicích obvodů a na sběrnicový vstup čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů.8. The bus input / output of the control unit is connected to the bus input / output of the range switch 3, while the bus output of the control unit 8 is connected to the bus input of the control circuit block 4 and to the bus input of the 4-wire addressable switch matrix.

Zapojení podle vynálezu pracuje následujícím způsobem. Pomocí čtyřvodičové matice adresovatelných spínačů se v závislosti na adresových signálech vyslaných řídicí jednotkou 8 vyberou a sepnou spínače, které připojí vybraný odpor měřené sítě, který je v daném kroku třeba měřit. V závislosti na časování, které řídí svými signály na prvém výstupu blok 4 řídicích obvodů se na výstupu bipolárního přesného zdroje 1 napětí generují napěťové impulsy, nejprve impuls záporné polarity, potom impuls kladné polarity, přičemž se napětí, ležící na měřeném odporu, snímá na prvém vodiči čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů a vede se do prvého vstupu 19 bipolárního přesného zdroje 1 napětí, kde se řídí automaticky velikost napětí na předem zvolenou úroveň. Velikost proudu, který prochází mezi druhým a třetím vodičem čtyřvodičové matice 9 adresovatelných spínačů, se snímá převodníkem proud-napětí ve spolupráci s přepínačem rozsahů. Změřená velikost proudu odpovídá podle Ohmová zákona měřenému odporu. Napěťový signál, ve kterém je zakódovaná velikost změřeného proudu, se vede na klíčovaný derivační článek 5, který je klíčován ve vhodných okamžicích signálem z bloku řídicích obvodů. V klíčovaném derivačním článku 5 se získá rozdílový signál z měření v obou polaritách a zároveň se odfiltrují rušivé složky signálu s nízkou frekvencí. Potom se signál zpracuje v analogově číslicovém převodníku 6, který je opět řízen signály z bloku 4 řídicích obvodů. Referenční zdroj 7 přitom poskytuje přesné srovnávací napětí pro analogově číslicový převodník 6 a pro převodník 2 proud-napětí a přepínač 3 rozsahů. Řídicí jednotka 8 jednak ovládá čtyrvodičovou matici 9 adresovatelných spínačů, jednak blok 4 řídicích obvodů a dále přepínač 3 rozsahů, se kterým je propojena sběrnicovým spojem, po kterém může jednak zadávat rozsahy, jednak číst stav přepínače 3 rozsahů v automatickém režimu. Sběrnicový výstup analogově číslicového převodníku 6 předává řídicí jednotce 8 binárně zakódovanou informaci o velikosti naměřeného proudu.The circuit according to the invention operates as follows. By means of the four-wire addressable switch matrix, the switches are selected and switched, depending on the address signals sent by the control unit 8, which connect the selected resistance of the measured network to be measured in a given step. Depending on the timing which controls the control circuit block 4 at its first output, voltage pulses are generated at the output of the bipolar precision voltage source 1, first a negative polarity pulse, then a positive polarity pulse, the voltage lying on the resistance being measured at the first conductors of a four-wire addressable switch matrix 9 and is fed to a first input 19 of a bipolar precision voltage source 1 where the voltage level is automatically controlled to a preselected level. The amount of current that passes between the second and third conductors of the four-wire addressable switch matrix 9 is sensed by a current-voltage converter in cooperation with a range switch. The measured current value corresponds to the resistance measured according to Ohm's law. The voltage signal, in which the magnitude of the measured current is encoded, is applied to a keyed differentiation cell 5, which is keyed at appropriate times with a signal from the control circuit block. In the keyed derivative cell 5, a differential signal is obtained from the measurements in both polarities while filtering out the low frequency interfering components of the signal. Then the signal is processed in the analog-to-digital converter 6, which is again controlled by the signals from the control circuit block 4. The reference source 7 provides an exact comparison voltage for the analog-to-digital converter 6 and for the current-voltage converter 2 and the range switch 3. The control unit 8 controls the 4-wire addressable switch matrix 9, the control circuit block 4, and the range switch 3 to which it is connected via a bus connection, after which it can both enter ranges and read the status of the range switch 3 in automatic mode. The bus output of the analog-to-digital converter 6 transmits to the control unit 8 binary-encoded information about the magnitude of the measured current.

Claims

Circuit board for measuring resistors and interconnecting network on a printed circuit board, characterized in that the bipolar precision source (1j of voltage is connected by its first input (19J) to the first common conductor of the four-wire addressable switch matrix (9), the power supply (1) is connected to the first output of the control circuit block (4), while the output of the bipolar precision power supply (11j) is connected to the fourth common conductor of the four-wire addressable switch matrix (9) the second output of the range switch (3) is connected to the fourth input (24) of the current-voltage converter, the second input (22) of the converter (2) being connected to the first input (29) of the current-voltage converter (2). ) The current-voltage is connected to the first output of the range switch (3), while the third input to the converter in (2) the current-voltage is coupled to the output of the reference source (7) together with the third input of the range switch (3) and the first input ynAlez of the analog-to-digital converter (6), the first input (39) of the range switch (3) connected to the third common wire of the four-wire addressable switch matrix (9) and the second input (32) of the range switch (3) is connected to the second output of the control circuit block (4) and the third output (34) of the range switch (3) is connected to the input the control circuit block (4), while the third output of the control circuit block (4) is connected to the first input (51) of the keyed derivative element (5) and the fourth output of the control circuit block (4) is connected to the second analog-digital input (64) the transducer (6) and then the transducer output (2j current-voltage) is connected to the second input (52) of the keyed differentiator (5j), while the output of the keyed differentiator The converter (5) is connected to the third input (65) of the analog-to-digital converter (6j), whose bus output is connected to the bus input of the control unit (8) and the bus input / / output of the control unit (8) is connected to the bus input / output. the range switches (3), while the bus output of the control unit (8) is connected to the bus input of the control circuit block (4) and the bus input of the four-wire addressable switch matrix (9).